利用铁尾矿生产混凝土多孔砖的试验研究

摘要：在对铁尾矿的放射性、粒度组成和组成元素等基本性能进行检测和系统分析的基础上,以此为主要原料，普通硅酸盐水泥为胶凝材料,配以矿石子以及各种外加剂,在常温、常压条件下养护而制成混凝土多孔砖。并对该多孔砖进行了试验分析，它的主要性能指标符合国家建材标准的技术规定,为尾矿的综合利用开辟了有效途径。利用尾矿生产混凝土多孔砖,既可以解决骨料来源,又能够解决尾矿的处置问题,具有非常好的应用前景，符合国家建材节能减排、循环经济的发展方向。

关键词：尾矿；多孔砖；综合利用

尾砂作为精矿生产的副产品，由于其种类繁多、性质复杂，因此我国对尾矿的综合利用率比较低，大量堆存的尾矿，不仅占用了土地和农田，且严重污染了环境和危害人类健康；而另一方面，尾矿又大多具有可利用的价值，是可再利用的资源。在矿产资源日渐枯竭的今天，寻求尾矿综合利用使之变废为宝是矿山工作的重要课题之一^[1-2]。我国建筑材料一直以实心粘土普通砖为主，土地破坏不仅带来了严重的社会、经济问题，且引起严重的环境污染和生态景观问题，危害自然环境和人类健康。

由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，充分利用尾矿是当前迫切需要解决的任务，世界各国投入了大量资金、人力、物力，对尾矿等固体废弃物的性能及其利用进行了大规模、大面积、大范围、多领域的科学实验和技术开发，取得了很多有价值的研究成果^[4]。本项目提出利用某铁矿公司铁尾矿开发对人体和周边环境无害的建筑材料，减少了尾矿库库容，达到资源化利用的效果，还可以节约大量的天然资源，为实现尾矿的资源化利用提供了新的思路。

1 原料分析

根据混凝土多孔砖结构及其生产工艺特点，本项目利用硅酸盐水泥/普通硅酸盐水泥为胶结材料、铁尾矿渣以及碎石等为集料研制混凝土多孔砖。制得混凝土多孔砖各项性能指标均符合JC943《混凝土多孔砖》标准的技术指标要求。

　1.1尾矿

首先对所选用尾矿的基本性能进行检测分析研究，再根据其特点进行混凝土配合比设计及其性能研究，探索生产多孔砖可行性。通过委托中国地质大学地学实验中心，对铁矿尾矿粉的放射性核素镭-226、钍-232和钾-40比活度按照国标GB6566-2001进行了详细检测，检测结果表明：镇江韦岗铁矿有限公司的铁矿尾矿粉属于A类装修材料，该类材料的产销和使用范围不受任何限制，韦岗铁矿脱水过滤尾砂性能指标见表1、表2。

表1韦岗铁矿尾矿粒度组成

根据各种资料与参考文献记录，砌块原料一般要求成分中硫含量小于0.5%，无活性硅，才能保证制品的长期稳定性，从上表中可看出，该公司尾矿由透明和不透明矿物组成，主要为石英、长石、角闪石、赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等，对制作砌块的质量不会造成影响。

1.2 碎石

碎石的破碎加工方法将会影响到碎石颗粒形状及级配，从而影响制品的最终强度。最好的碎石形状是接近正方形的小立方体石块，片状或针状者都不宜用来拌制高标号混凝土。而该公司矿石加工后得到的碎石也符合条件，可以直接利用。

　1.3 水泥

采用32.5普通硅酸盐水泥。

2 试验研究

　　2.1配合比设计

实验初期在碎石的选择上采用了两种石子，一种为矿石子，一种为在外采购的普通石子，结合生产设备及工艺要求适当掺加普通硅酸盐水泥为胶结材,废渣用量要达85%以上，具体配比见表3。

2.2生产工艺

生产工艺见图1。

图1 生产工艺流程

2.3 制作方法和要求

按所定配合比要求，称量精确；人工加水反复均匀翻拌，要求过程中尽量少加水，翻拌直至充分混合、颜色均匀为止。

将干拌合料堆成堆，在中间作一凹槽，将适量的水倒入一半左右在凹槽中。然后仔细翻拌，并徐徐加入剩余的水，继续翻拌。从加水完毕时算起，至少应翻拌6次。将混凝土拌合物填入模具，用振动棒振捣密实，并用拌铲抹平表面；静置2h可脱模；混凝土成型后做自然养护28d，并作常规检测。

3 测试结果

试生产过程中，模具改用钢制模具，大大提高了脱模速度，提高了生产力，并且由于模具表面光滑，有效减少了混凝土中气泡的产生，同时降低了脱模过程中砖体的扭动、变形，从而降低了对砖块强度的影响。然后对工业化试生产的多孔砖进行了系统地检测，对其性能及其应用进行了科学系统的研究工作。从砖的尺寸偏差和外观质量的检验结果看，由于是机械加压高频震动成型工艺生产,各部位尺寸相对稳定，偏差极小。尺寸偏差、外观质量、颜色和吸水率都符合NY/671-2003国家行业标准要求，其中抗压强度检测如表4所示。

试验研究测试结果表明，该产品的抗压强度达到了一定级别，试样最高强度达到25MPa，成品最高强度为15MPa。测试结果表明配比A1与配比B2的抗压强度均能达到15MPa。由于配比B2的水泥含量较低，相对的生产成本也较低，所以本次试验的6个配比中，配比B2为最佳方案。

6种配比的试验结果说明，用该铁矿的矿石子和尾矿分别为骨料配制的混凝土能完全达到设计强度，其各种性能与普通粗细骨料配制的混凝土基本一致。甚至使用矿石子为骨料的混凝土强度在配比为B2时达到最高，说明骨料可以完全由尾矿及矿石子组成。

通过上述配比可以看出，尾矿混凝土砖其固体废弃物的最高利用量在原料配比中可达85%，其中尾矿用量可达30%。本着既要大量地利用固体废弃物，又能使原料成本降为最低的目的，综合考虑各种因素，通过试生产阶段的调试，可以得出最佳的原料配合比来进行生产，把原料成本控制在最低水平。

4 结论

综上所述，尾矿可以作为骨料生产混凝土多孔砖，在技术和经济方面都是可行的，可以有效降低生产中的原料成本。同时利用矿山的固体废料来生产混凝土砖不仅变废为宝，创造出新的经济价值，给面临资源枯竭的矿山寻找出一条新的产业道路，而且减轻了尾矿堆存存在的安全隐患，保护了矿山的生产和生活环境，实现矿山的生态建材之路，生产出的绿色建材产品也是国家大力提倡发展的新型墙体材料，市场前景广阔。

参考文献：

[1]何哲祥，田守祥等.矿山尾矿排放现状与处置的有效途径[J].采矿技术，2008，8（3）.

[2]张锦瑞，李富平.金属矿山尾矿综合利用研究现状及发展趋势[J].河北冶金，2003，133（1）.

[3]严理宽.建筑墙体材料新趋势[J].中国科技信息，2002.